Analysis Solutions for Quality Control of Hydrogen
Brožury a specifikace | 2023 | ShimadzuInstrumentace
Hydrogen je klíčovým prvkem v budoucí energetice díky snadné konverzi elektřiny a vysoké energetické hustotě. Čistota vodíku přímo ovlivňuje výkon palivových článků i životnost katalyzátorů. Efektivní skladování a přeprava (prostorově náročného plynu) vyžaduje využití vodíkových nosičů, jako jsou kapalný vodík, amoniak či organické hydridy. Současně je nutné předcházet hydrogenní křehkosti kovových materiálů a zajišťovat integritu vodíkových nádrží. Analytické metody tak hrají klíčovou roli v kontroly kvality, vývoji materiálů a spolehlivosti technologie vodíkové energii.
Článek popisuje komplexní portfolio analytických řešení pro kontrolu kvality vodíku v různých etapách jeho výroby, skladování a využití. Představuje metody stanovení stopových kontaminantů, hodnocení vodíkových nosičů, diagnostiku hydrogenní křehkosti, analýzu katalyzátorů ve výrobě vodíku a netržnou kontrolu vodíkových nádrží.
Metody základního a stopového stanovení:
Stopové nečistoty vodíku: CO byl detekován na úrovni 0,078 ppm metodou GC-BID, NH3 1,2 ppm, H2 v kapalinách v jednotkách nL v injekci.
GC-MS PLOT umožnil separaci a stanovení N2, N2O, CO2, CH4 i složitějších uhlovodíků bez vlivu vlhkosti.
FTIR (0,25 cm–1) odhalil jiné absorpční páky CO a vody, linearita r=0,999.
TOC-L potvrdil stanovení organických nečistot v 2% roztoku NH3 s linií r=0,9999.
CT analýza koroze mědi prokázala zvyšující se prohlubně s časem (barevné mapy odchylek).
Fatigue test těsnění prokázal rozdíl mezi zdvihem a reálnou deformací deseti μm.
EDX určil depozice Au, Ni, Cu s chybou <2 % a tloušťky blízké NMIJ standardu.
CGT-7100 sledoval reformovací kapacitu katalyzátoru podle teploty (650 → 750 °C vzestup CO/CO2).
EPMA mapování TWC ukázalo rozdělení Pt, Pd, Rh a nosičů (Ce, Zr, La).
MEA EPMA i XPS odhalily oxidaci Pt(0) na PtO2 po degradaci.
CT CFRP zobrazuje voidy, praskliny a analyzuje orientaci vláken histogramem.
NMT simulace s CT-modelovými daty (Model 2) snížila relativní chybu Youngova modulu z 41 % na 7 %.
Ultrazvuková optická detekce odhalila delaminaci mezi CFRP a ocelí bez destrukce.
TMA ukázal expanzi PE 215×10–6/K, u separator filmů Li-ion baterií rozdíly v teplotě smrštění.
DCB testy mapovaly růst delaminace do 50 mm pomocí TRViewX.
Popisované metody poskytují robustní nástroje pro QA/QC v průmyslu vodíkových paliv, vývoj bezpečných materiálů pro skladování, optimální návrh katalyzátorů a monitorování integritu nádrží. Rychlé a senzit i vní stanovení nečistot zvyšuje životnost zařízení a snižuje provozní rizika.
Integrace analytických metod s on-line senzory a automatizovanými monitoringovými systémy, využití AI pro vyhodnocování velkých datových sad spekter, miniaturizace přenosných zařízení a rozšíření in situ technologií pro reálné podmínky provozu. Vývoj nových nosičů s vyšší hustotou a zlepšenou recyklovatelností podpoří zavádění vodíkových ekonomik.
Prezentované portfolio analytických nástrojů pokrývá klíčové potřeby při výrobě, kontrole kvality a bezpečném zacházení s vodíkem. Kombinace citlivých chromatografických, spektroskopických a zobrazovacích metod umožňuje včasnou detekci nečistot, hodnocení materiálů a optimalizaci procesů, což je nezbytné pro spolehlivou implementaci vodíkových technologií.
GC, GC/MSD, FTIR Spektroskopie, X-ray, TOC
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Hydrogen je klíčovým prvkem v budoucí energetice díky snadné konverzi elektřiny a vysoké energetické hustotě. Čistota vodíku přímo ovlivňuje výkon palivových článků i životnost katalyzátorů. Efektivní skladování a přeprava (prostorově náročného plynu) vyžaduje využití vodíkových nosičů, jako jsou kapalný vodík, amoniak či organické hydridy. Současně je nutné předcházet hydrogenní křehkosti kovových materiálů a zajišťovat integritu vodíkových nádrží. Analytické metody tak hrají klíčovou roli v kontroly kvality, vývoji materiálů a spolehlivosti technologie vodíkové energii.
Cíle a přehled studie / článku
Článek popisuje komplexní portfolio analytických řešení pro kontrolu kvality vodíku v různých etapách jeho výroby, skladování a využití. Představuje metody stanovení stopových kontaminantů, hodnocení vodíkových nosičů, diagnostiku hydrogenní křehkosti, analýzu katalyzátorů ve výrobě vodíku a netržnou kontrolu vodíkových nádrží.
Použitá metodika a instrumentace
Metody základního a stopového stanovení:
- GC s BID detektorem – vysokosenzitivní stanovení CO, amoniaku, H2 v kapalinách
- GC-MS s PLOT kolónou – simultánní analýza inorganických plynů a lehkých uhlovodíků
- FTIR s vysokým rozlišením – kvantifikace CO v reálném čase
- TOC analyzátor – měření organických nečistot v amoniakových roztocích
- Transportovatelný NDIR analyzátor (CGT-7100) – kontinuální monitoring CO a CO2 ve výrobě
- GC-MS – analýza organického zbytku v nosičích (toluenu, MCH)
- Microfocus X-ray CT – 3D vizualizace koroze, voidů a orientace vláken v CFRP
- Ultrazvuková optická detekce vad (MIV-X) – povrchové trhliny a delaminace
- Thermomechanický analyzátor (TMA) – koeficient lineární roztažnosti polymerů od –150 °C
- Fatigue tester a digitální videometr – mikroposuny v testech stísnění těsnění
- Precision universal tester – DCB testy odlamování v laminatech
- EPMA a XPS – elementární a chemické mapování katalyzátorů a MEA
- EDX – kvantitativní stanovení depozice a tloušťky povlaků
Hlavní výsledky a diskuse
Stopové nečistoty vodíku: CO byl detekován na úrovni 0,078 ppm metodou GC-BID, NH3 1,2 ppm, H2 v kapalinách v jednotkách nL v injekci.
GC-MS PLOT umožnil separaci a stanovení N2, N2O, CO2, CH4 i složitějších uhlovodíků bez vlivu vlhkosti.
FTIR (0,25 cm–1) odhalil jiné absorpční páky CO a vody, linearita r=0,999.
TOC-L potvrdil stanovení organických nečistot v 2% roztoku NH3 s linií r=0,9999.
CT analýza koroze mědi prokázala zvyšující se prohlubně s časem (barevné mapy odchylek).
Fatigue test těsnění prokázal rozdíl mezi zdvihem a reálnou deformací deseti μm.
EDX určil depozice Au, Ni, Cu s chybou <2 % a tloušťky blízké NMIJ standardu.
CGT-7100 sledoval reformovací kapacitu katalyzátoru podle teploty (650 → 750 °C vzestup CO/CO2).
EPMA mapování TWC ukázalo rozdělení Pt, Pd, Rh a nosičů (Ce, Zr, La).
MEA EPMA i XPS odhalily oxidaci Pt(0) na PtO2 po degradaci.
CT CFRP zobrazuje voidy, praskliny a analyzuje orientaci vláken histogramem.
NMT simulace s CT-modelovými daty (Model 2) snížila relativní chybu Youngova modulu z 41 % na 7 %.
Ultrazvuková optická detekce odhalila delaminaci mezi CFRP a ocelí bez destrukce.
TMA ukázal expanzi PE 215×10–6/K, u separator filmů Li-ion baterií rozdíly v teplotě smrštění.
DCB testy mapovaly růst delaminace do 50 mm pomocí TRViewX.
Přínosy a praktické využití metody
Popisované metody poskytují robustní nástroje pro QA/QC v průmyslu vodíkových paliv, vývoj bezpečných materiálů pro skladování, optimální návrh katalyzátorů a monitorování integritu nádrží. Rychlé a senzit i vní stanovení nečistot zvyšuje životnost zařízení a snižuje provozní rizika.
Budoucí trendy a možnosti využití
Integrace analytických metod s on-line senzory a automatizovanými monitoringovými systémy, využití AI pro vyhodnocování velkých datových sad spekter, miniaturizace přenosných zařízení a rozšíření in situ technologií pro reálné podmínky provozu. Vývoj nových nosičů s vyšší hustotou a zlepšenou recyklovatelností podpoří zavádění vodíkových ekonomik.
Závěr
Prezentované portfolio analytických nástrojů pokrývá klíčové potřeby při výrobě, kontrole kvality a bezpečném zacházení s vodíkem. Kombinace citlivých chromatografických, spektroskopických a zobrazovacích metod umožňuje včasnou detekci nečistot, hodnocení materiálů a optimalizaci procesů, což je nezbytné pro spolehlivou implementaci vodíkových technologií.
Reference
- ISO 14687-2019: Industrial gas – Hydrogen – Product specification.
- JST News: Effective Use of Hydrogen Energy with the Power of Formic Acid, April 2019.
- Shimadzu Corporation Application Notes and Whitepapers, 2023.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
CASE and Weight Reduction Development of Automobile
2023|Shimadzu|Příručky
C10G-E098 Solutions for CASE and Weight Reduction Development of Automobiles Evaluation of CASE and Weight Reduction Technologies —Evaluation Applications Useful for Achieving CASE Characteristics and Reducing Weight— With various countries specifying major policies for realizing carbon neutrality, the key to…
Klíčová slova
index, indexproduct, productcomposite, compositetensile, tensileevaluation, evaluationelectrification, electrificationmaterials, materialsray, raymicrofocus, microfocusapplication, applicationtester, testerdissimilar, dissimilarsheet, sheetstrength, strengthautograph
Recycled Plastic Analysis Solutions
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E105 Recycled Plastic Analysis Solutions Recycled Plastic Various plastic recycling measures are being implemented in response to growing awareness about needing to establish a carbon-free and recycling-oriented society. The typical process involves collecting, sorting, shredding, washing, drying, and otherwise processing…
Klíčová slova
plastic, plasticpla, plaannealing, annealingmeasurement, measurementabs, absmold, moldhardness, hardnessftir, ftirspectrophotometer, spectrophotometerray, rayresin, resinextract, extractsorting, sortingfourier, fourieranalysis
Shimadzu Analytical and Measuring Instrument
2023|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E050E Shimadzu Analytical and Measuring Instruments 2023 Providing people with an abundant, comfortable, and secure lifestyle Contributing to the happiness of society. This is our goal and our specialty. At Shimadzu, we provide a variety of analytical and measuring technologies…
Klíčová slova
systems, systemsmeasurement, measurementray, raymass, masstesting, testinginspection, inspectiondestructive, destructivetoc, tocanalysis, analysischromatograph, chromatographseries, seriessystem, systemlabsolutions, labsolutionsrange, rangeproperties
Shimadzu Analytical and Measuring Instruments 2024
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E050F Shimadzu Analytical and Measuring Instruments 2024 Providing people with an abundant, comfortable, and secure lifestyle Contributing to the happiness of society. This is our goal and our specialty. At Shimadzu, we provide a variety of analytical and measuring technologies…
Klíčová slova
systems, systemsmeasurement, measurementray, raytesting, testinginspection, inspectionmass, masslabsolutions, labsolutionsanalysis, analysissystem, systemdestructive, destructiveseries, seriestoc, tocchromatograph, chromatographrange, rangeproperties